[發(fā)明專利]石墨制品

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201280037768.5
• 申請(qǐng)日: 2012-07-27
• 公開（公告）號(hào): CN103796951A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 特蕾西·阿伯斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 格拉弗技術(shù)國際控股有限公司
• 主分類號(hào): C01B31/04
• 分類號(hào): C01B31/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 韋欣華;李炳愛

發(fā)明背景

本發(fā)明公開了一種石墨制品，其是由炭黑形式的玻璃化輻照石墨形成的。

隨著核能變?yōu)楦毡榈哪茉?，高溫氣體反應(yīng)器(HTGR)的使用也將增多。這將增加每年生產(chǎn)的輻照石墨的量。有關(guān)處置或再循環(huán)輻照石墨的方案將進(jìn)入最前沿。

發(fā)明概述

一種方案是在加工成新的石墨人工制品之后再循環(huán)輻照石墨。這類人工制品的例子包括用于放射性核素的電極、用于鈾加工的石墨或碳制品、用于HTGR(特別是GEN?IV?HTGR)的減速劑、用于核設(shè)施、炭過濾器、碳化硅應(yīng)用的其它類型的石墨產(chǎn)品等。

這類石墨人工制品可以由最多20pph的炭黑形成，所述炭黑是由玻璃化輻照石墨形成的。任選地所述石墨人工制品可以由最多75pph的瀝青形成。在本文上下，“pph”是百分之一的縮寫，基于100份的焦炭填料。

附圖說明

圖1是可以怎樣再循環(huán)輻照石墨的原理圖。

圖2是根據(jù)實(shí)施例制備的石墨的顯微圖象。

圖3-6是根據(jù)實(shí)施例制備的石墨樣品的測量結(jié)果的圖表。

詳細(xì)說明

如圖1所示，10指的是用于再循環(huán)輻照石墨的方法的一個(gè)實(shí)施方案的概述。12顯示的是輻照的整體石墨的樣品。所述石墨被玻璃化和轉(zhuǎn)化成炭黑14。炭黑14可被用來形成新的石墨人工制品16。石墨人工制品16的一種用途是應(yīng)用在核電站、特別是具有HTGR、更特別是GEN?IV?HTGR的電站中。

石墨人工制品16至少由炭黑14、瀝青和石油焦炭形成。通常，人工制品16的配料設(shè)計(jì)基于100份焦炭。如果需要，可以使用用于人工制品16的其它前體。這種備用的前體可以包括碳纖維、交聯(lián)劑、加工助劑等。根據(jù)期望的最終應(yīng)用，可以使用各種類型的碳纖維。選擇的纖維可被用來提高人工制品16的絕緣性能、強(qiáng)度性能、傳導(dǎo)性能或其組合。

在一個(gè)實(shí)施方案中，人工制品16可以由最多20pph的炭黑14形成。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，可使用最多約10pph的炭黑14來形成人工制品16。在另一實(shí)施方案中，可使用最多約5pph的炭黑14來形成人工制品16。在進(jìn)一步的具體實(shí)施方案中，人工制品16可由最多約75pph的瀝青、優(yōu)選約60pph的瀝青、更優(yōu)選最多約50pph的瀝青形成。

人工制品16不局限于由任何特定的成型技術(shù)來形成。人工制品16可以為擠壓的、模制的或等壓模制(isomolded)的石墨。通常用于前述類型的石墨的加工技術(shù)可用于形成人工制品16。在使用更高負(fù)載量的炭黑14或(在某些情形下)碳纖維的情況下，使用強(qiáng)有力的(aggressive)混合技術(shù)來提高前體混合物的均質(zhì)性可能是有利的。

制造人工制品16的示例性步驟包括，將前體研磨至要求的尺寸，混合所述前體，和形成所述人工制品。通常隨后將所形成的人工制品加熱至600-1400℃的溫度來使人工制品16碳化。然后可對(duì)所述碳化的人工制品進(jìn)行人工制品16要求的次數(shù)的浸漬和碳化步驟，以達(dá)到要求的密度。然后將該適當(dāng)?shù)刂旅芑娜斯ぶ破肥扇斯ぶ破?6。

實(shí)施例

制造了含有0-10%炭黑(%炭黑基于配料設(shè)計(jì)的干分?jǐn)?shù))的七(7)種不同石墨材料的兩個(gè)樣品，以評(píng)價(jià)隨著所述石墨內(nèi)的炭黑分?jǐn)?shù)的增大所發(fā)生的性能變化。

在制造之后，表征材料的熱膨脹系數(shù)、聲波模數(shù)(sonic?modulus)、比電阻、密度和抗彎強(qiáng)度。另外，還使用光學(xué)顯微術(shù)來評(píng)價(jià)所形成的人工制品的結(jié)構(gòu)。

使用石油焦炭、粘結(jié)劑(煤焦油)瀝青與不同分?jǐn)?shù)的炭黑添加劑構(gòu)成的混合物制造了小型的石墨電極。?這些成分是在室溫下使用固態(tài)瀝青混合在一起的。?預(yù)制的混合物在炭黑含量方面按照以下表1所示來變化：

各個(gè)混合物中的瀝青量已經(jīng)針對(duì)制造條件和變化的炭黑分?jǐn)?shù)加以優(yōu)化。例如，用更高量的炭黑制備的人工制品使用了額外分?jǐn)?shù)的粘結(jié)劑瀝青。

混合物G不能進(jìn)行加工，因?yàn)樵谧罱K的人工制品的選定區(qū)域產(chǎn)生了大的炭黑團(tuán)聚體且其變得非常脆。

為本研究所制造的最終石墨人工制品的代表性區(qū)域的光學(xué)顯微圖象如圖2所示。在所述人工制品中均勻結(jié)構(gòu)是很明顯的，除了炭黑團(tuán)聚體以外(其可能隨著增大負(fù)載量的不可石墨化顆粒而出現(xiàn))。假定了增長的混合時(shí)間會(huì)有助于克服炭黑聚集體的形成并進(jìn)而提高最終材料的整體加工性能、均勻性和品質(zhì)。

對(duì)所述石墨人工制品進(jìn)行的其它分析包括密度、抗彎強(qiáng)度(圖3)、熱膨脹系數(shù)(圖4)、熱導(dǎo)率(圖5)、楊氏模量和比電阻(圖6)。所有的圖都顯示了針對(duì)每個(gè)炭黑填充量值所測試的兩個(gè)樣品。

盡管測量到了石墨人工制品的性能的一些變動(dòng)，但沒有觀察到超出可接受的性能范圍之外的顯著偏差。